(国网山东省电力公司经济技术研究院)
摘要：研制本发电设备的目的在于提供一种离岸式海洋能发电设备，以解决使用同一种设备能够对波浪能和潮流能两种能量转化为电能的技术问题，同时提高发电效率。本发电设备的有益效果是：能够充分利用波浪能和潮流能两种形式的能量；有效避免大风浪天气对装置的冲击破坏；能伴随潮流能流向的改变而自动调节潮流能捕捉机构对潮流能的捕捉，提高发电效率；能够实现在蓄能内杆和蓄能外杆转过相同的角度时，蓄能内杆的外端划过较大的弧线长度，经过传动，实现第一发电机转过较多的圈数，提高发电量。
关键词：离岸式 海洋能 发电设备
波浪能和潮流能是海洋能常见的两种形式，蕴藏量丰富，如果得到充分开发，能够有效的缓解能源危机。目前利用海洋能常见的发电装置包括波浪能发电设备和潮流能发电设备，波浪能发电，即利用海面上的海浪冲击发电设备的能量转换装置实现发电；潮流能发电，利用海面以下的海水流动冲击发电设备的能量转换装置实现发电。现有技术中的发电设备，只能实现对波浪能或潮流能的单一转化，且转化效率低、投入成本高。但是，在海域中往往同时存在波浪能和潮流能，如果能够设计一种装置将同一区域的波浪能和潮流能同时转化，必将显著的提高发电效率。研制本发电设备的目的在于提供一种离岸式海洋能发电设备，以解决使用同一种设备能够对波浪能和潮流能两种能量转化为电能的技术问题，同时提高发电效率。
本发电设备解决其技术问题所采取的技术方案是：一种离岸式海洋能发电设备包括平台机构、波浪能发电系统和潮流能发电系统；所述的波浪能发电系统安装在所述平台机构的两侧，所述的潮流能发电系统可转的安装在所述平台机构的底端；所述的平台机构包括平台框体、气室和固定锚，所述的气室设置在所述的平台框架内，所述的平台框架上设有双向泵，所述双向泵的一端与所述的气室联通，所述气室的上端设有进气管，所述平台框体的底端设有转盘，所述平台框体的底端连接固定锚。
所述的波浪能发电系统包括发电机构和蓄能机构，所述的蓄能机构包括蓄能壳体，蓄能板、蓄能杆和传动齿条组件，所述的蓄能壳体固定在所述的平台框架上，所述的蓄能杆铰链在所述的蓄能壳体上，所述的蓄能板固定在所述蓄能杆的外端；所述蓄能杆的内端连接所述的传动齿条组件；所述的发电机构包括第一发电机和第一齿轮，所述的第一发电机通过第一齿轮与所述的传动齿条组件啮合。
所述的潮流能发电系统包括潮流能捕捉机构、潮流能发电机构和潮流能发电机壳，所述的潮流能捕捉机构包括水轮机和导流罩，所述的水轮机安装在所述的导流罩内，所述导流罩上部固定设有导向管，所述导向管上设有导向板，所述的导向板的轴线与所述的导流罩的轴线平行，所述的导向管的上端与所述的转盘连接；所述的潮流能发电机构安装在所述的潮流能发电机机壳内，所述的潮流能发电机构包括第二发电机和增速箱，所述增速箱的输入端与所述水轮机的输出轴固定连接，所述增速箱的输出端与所述第二发电机的输入轴固定连接；所述的潮流能发电机壳固定在所述的导流罩内。
下面结合示意图详细说明本发电设备的具体实施方式。
如图1至4所示，一种离岸式海洋能发电设备包括平台机构、波浪能发电系统和潮流能发电系统；所述的平台机构包括平台框体1、气室2和固定锚3，所述的平台框体1为圆形结构，圆形结构的平台框体1可减小波浪对平台框体1的冲击；所述平台框体1的内部设有气室2，所述气室2的上端设有进气管4，所述的进气管4的上端伸出平台框体1的上表面，所述的进气管4为软管，平台框体1上部的进气管4盘旋在平台框体1上，本装置可实现潜入水下功能，平台上部的进气管4较长，因此，当本装置潜入水下时，进气管4的上端依然可处于水面以上，所述进气管4的顶端设有浮球，所述的浮球可保证进气管4的管口始终处于水面以上；所述平台框体1的顶端设有警示灯，所述的警示灯用于在晚间给过往的船只提供警示，防止过往船只误撞在本装置上；所述平台框体1的上部还设有电缆管，所述的电缆管内安装电缆，将本装置产生的电输出到陆地上。
所述的平台框体1内设有双向泵5，所述双向泵5的一端通过管道与所述的海水联通，另一端通过管道与所述的气室2联通；当遇到大风浪天气时，开启所述的双向泵5，将海水输入到所述的气室2内，气室2内的空气通过进气管4排出到空气中，该过程中，由于装置受到的浮力逐渐减小，因此装置向水下下沉，直到装置完全悬浮在水中，这时停止双向泵5工作；当大风浪天气过后，开启双向泵5反向运转，将气室2内的海水抽出，外界空气将通过进气管4进入气室2中，该过程中本装置受到的浮力逐渐增大，因此，装置开始向水面上升，直到本装置完全浮出水面，这时关闭双向泵5；所述的双线潜水泵通过电缆与外部连接。
所述的波浪能发电系统对称的安装在所述平台机构的两侧，所述的波浪能发电系统包括发电机构和蓄能机构；所述的蓄能机构包括蓄能壳体6，蓄能板7、蓄能杆和传动齿条组件，所述的蓄能壳体6为矩形中空壳体，所述的蓄能壳体6平行水平面的固定安装在所述的平台框体1上；所述的蓄能杆套装在所述的蓄能壳体6内，所述的蓄能杆通过转轴铰链在所述的蓄能壳体6内，所述蓄能杆与蓄能壳体6铰链部位的内侧部分为蓄能内杆9，所述蓄能杆与蓄能壳体6铰链部位的外侧部分为蓄能外杆10，所述蓄能外杆10的长度小于所述蓄能内杆9的长度，即当蓄能外杆10和蓄能内杆9转过同样的角度时，所述蓄能内杆9的外端划过的弧线长度大于所述蓄能外杆10的外端划过的弧线长度；所述蓄能外杆10的外端伸出所述的蓄能壳体6，所述蓄能内杆9的外端伸出所述的蓄能壳体6，
所述蓄能内杆9的外端设有顶压筒14，所述的顶压筒14为圆柱体壳体，所述顶压筒14内的内端设有顶压弹簧15，所述的传动齿条组件包括弧形齿条12、连杆和套杆13，所述的弧形齿条12通过所述的连杆与所述的套杆13固定连接，所述套杆13的底端套装在所述的顶压筒14内，并与所述的顶压弹簧15固定连接；所述的顶压弹簧15可保证所述的弧形齿条12与所述的发电机构紧密啮合；
所述蓄能外杆10的外端固定设有蓄能板7，所述的蓄能板7与海水平面垂直安装，所述蓄能板7下部伸入水面以下，所述的蓄能板7用于接受波浪的冲击，将波浪能转化为波浪能发电系统的动能，所述蓄能板7采用矩形板，所述蓄能板7的两面设有凹槽8，所述的凹槽8可增加蓄能板7与海水的接触面积，从而增大对波浪能的吸收，当波浪能较小时，也能保证波浪能发电系统的动能要求；所述的复位弹簧11分别安装在所述蓄能内杆9的两侧，所述复位弹簧11的一端与所述的蓄能内杆9固定连接，所述复位弹簧11的另一端与所述的蓄能壳体6固定连接；所述的发电机构竖直固定在所述的平台框架上，发电机构包括第一发电机16和第一齿轮17，所述的第一发电机16包括发电机输入轴，所述的第一齿轮17套装固定在所述的发电机输入轴上，所述的第一齿轮17与所述的弧形齿条12啮合；所述的第一发电机16通过电缆与外部连接；当有波浪冲击蓄能板7时，由于所述的蓄能杆与所述的蓄能壳体6铰链，故，所述的蓄能板7带动蓄能杆以蓄能杆与蓄能壳体6铰链处为旋转中心摆动，进而带动蓄能内杆9外端的弧形齿条12与第一齿轮17啮合，从而带动第一发电机16转动发电，这时蓄能内杆9一侧的复位弹簧11被拉伸，另一侧的复位弹簧11被压缩；当波浪消失后，所述的复位弹簧11在复位弹力的作用下推动所述的蓄能内杆9反向摆动，蓄能内杆19外端的弧形齿条12与第一齿轮17再次啮合转动，带动所述的第一发电机16发电，如此往复。
所述的潮流能发电系统安装在所述平台机构的底端，所述的潮流能发电系统全部潜入海水中；所述的潮流能发电系统包括潮流能捕捉机构、潮流能发电机构和潮流能发电机壳；所述的潮流能捕捉机构包括水轮机18和导流罩19，所述的导流罩19采用中间窄两头宽的管道结构，所述导流罩19的左、右两部分呈喇叭状，这样的结构能够增加潮流通过导流罩19时的流速；所述导流罩19中间位置的上部设有导向管20，所述导向管20的上部通过法兰与所述的平台框体1下部的转盘24固定连接，所述导向管20的管壁上左、右对称设有两个导向板，所述的导向板上设有中空开口的的半球形导流槽21，所述导向管20管壁上左、右对称的两个导向板的中心线与所述导流罩19的轴线平行；当潮流能冲击所述的导流槽21时，所述的导流槽21在潮流的冲击下将带动所述的导流罩19通过所述的转盘24转动，无论潮流能的流向如何改变，能够保证所述导流罩19的开口方向始终与潮流方向在同一直线方向上；所述的水轮机18采用贯流式水轮机18，所述的水轮机18安装在所导流罩19中间狭窄位置处，从而能够保证水轮机18的叶轮接受到最大潮流能；
所述的潮流能发电机构集成安装在所述的潮流能发电机壳内，所述的潮流能发电机构包括第二发电机22和增速箱23，所述的增速箱23包括大齿轮和下齿轮，所述的大齿轮与所述的小齿轮啮合，所述小齿轮的输出轴的一端与所述的第二发电机22的电机输入轴连接，所述大齿轮的输入轴的一端与所述水轮机18的输出轴连接，所述的潮流能发电机构通过所述的潮流能发电机壳固定安装在所述的导流罩19上，所述第二发电机22通过电缆与外部电连接。
本发电设备的有益效果是：第一，本发电能够充分利用波浪能和潮流能两种形式的能量；本发电设备通过双向泵和气室的配合能够实现装置在水中的上升和下潜，有效避免大风浪天气对装置的冲击破坏；本发电设备在利用潮流能发电时，能伴随潮流能流向的改变而自动调节潮流能捕捉机构对潮流能的捕捉，提高了发电效率。第二，本发电设备中的蓄能杆包括蓄能内杆和蓄能外杆，且蓄能内杆的长度大于蓄能外杆的长度，这样能够实现在蓄能内杆和蓄能外杆转过相同的角度时，蓄能内杆的外端划过较大的弧线长度，经过传动，实现第一发电机转过较多的圈数，提高发电量。
参考文献
1.海洋能新能源结合智能电网综合利用项目的技术经济初探，张益，屠庆波，《中国外资》, 2011(9):200-201
论文作者:张益,韩雪,于千千,胡琳
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/4
标签：所述论文; 潮流论文; 波浪论文; 机构论文; 壳体论文; 平台论文; 发电机论文; 《电力设备》2016年第15期论文;